⑴ 微生物學對人類生活的貢獻是什麼
現代生物學的若干基礎性的重大發現與理論,是在研究微生物的過程中或以微生物為實驗材料與工具取得的。這些理論包括:證明DNA(脫氧核糖核酸)是遺傳信息的載體(三大經典實驗:肺炎球菌的轉化實驗、噬菌體實驗、植物病毒的重組實驗)。DNA的半保留復制方式(雙螺旋的每一條子鏈分別、都是復制模板)。遺傳密碼子的解讀(64個密碼子各對應20種氨基酸及終止信號的哪一種)。基因的轉錄調節(operon, promoter, operator, repressor, activator的概念與調節方式)。信使RNA的翻譯調節(terminator)等等……。 現在,很多常用、通用的生物學研究技術依賴於微生物,比如:分子克隆重組蛋白在細菌或酵母中的表達。很多醫學技術也依賴於微生物,比如:以病毒為載體的基因治療。
微生物對人類最重要的影響之一是導致傳染病的流行。在人類疾病中有50%是由病毒引起。世界衛生組織公布資料顯示:傳染病的發病率和病死率在所有疾病中占據第一位。微生物導致人類疾病 微生物的歷史,也就是人類與之不斷斗爭的歷史。在疾病的預防和治療方面,人類取得了長足的進展,但是新現和再現的微生物感染還是不斷發生,像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治療葯物。一些疾病的致病機制並不清楚。大量的廣譜抗生素的濫用造成了強大的選擇壓力,使許多菌株發生變異,導致耐葯性的產生,人類健康受到新的威脅。一些分節段的病毒之間可以通過重組或重配發生變異,最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都與前次導致感染的株型發生了變異,這種快速的變異給疫苗的設計和治療造成了很大的障礙。而耐葯性結核桿菌的出現使原本已近控制住的結核感染又在世界范圍內猖獗起來。微生物千姿百態,有些是腐敗性的,即引起食品氣味和組織結構發生不良變化。當然有些微生物是有益的,它們可用來生產如乳酪,麵包,泡菜,啤酒和葡萄酒。 微生物非常小,必須通過顯微鏡放大約1000倍才能看到。比如中等大小的細菌,1000個疊加在一起只有句號那麼大。想像一下一滴牛奶,每毫升腐敗的牛奶中約有5千萬個細菌,或者講每誇脫牛奶中細菌總數約為50億。也就是一滴牛奶中可有含有50億個細菌。微生物能夠致病,能夠造成食品、布匹、皮革等發霉腐爛,但微生物也有有益的一面。最早是弗萊明從青黴菌抑制其它細菌的生長中發現了青黴素,這對醫葯界來講是一個劃時代的發現。後來大量的抗生素從放線菌等的代謝產物中篩選出來。抗生素的使用在第二次世界大戰中挽救了無數人的生命。 一些微生物被廣泛應用於工業發酵,生產乙醇、食品及各種酶制劑等;一部分微生物能夠降解塑料、處理廢水廢氣等等,並且可再生資源的潛力極大,稱為環保微生物;還有一些能在極端環境中生存的微生物,例如:高溫、低溫、高鹽、高鹼以及高輻射等普通生命體不能生存的環境,依然存在著一部分微生物等等。看上去,我們發現的微生物已經很多,但實際上由於培養方式等技術手段的限制,人類現今發現的微生物還只佔自然界中存在的微生物的很少一部分。 微生物因為微生物很小,構造又簡單,所以人們充分認識它,並發展成為一門學科,與其他學科比起來,還是很晚的。盡管如此,人們已經在廣泛的應用微生物了。我國勞動人民很早就認識到微生物的存在和作用,也是最早應用微生物的少數國家之一。據考古學推測,我國在8000年前已經出現了曲櫱釀酒了,4000多年前我國釀酒已十分普遍,而且當時埃及人也已學會烤制麵包和釀制果酒。 2500年前中國人民發明釀醬、醋,知道用曲治療消化道疾病。公元6世紀(北魏時期),我國賈思勰的巨著《齊民要術》詳細地記載了制曲、釀酒、制醬和釀醋等工藝。在農業上,雖然還不知道根瘤菌的固氮作用,但已經在利用豆科植物輪作提高土壤肥力。這些事實說明,盡管人們還不知道微生物的存在,但是已經在同微生物打交道了,在應用有益微生物的同時,還對有害微生物進行預防和治療。為防止食物變質,採用鹽漬、糖漬、乾燥、酸化等方法。在我國隆慶年間就開始用人痘預防天花。人痘預防天花是我國對世界醫學上的一大貢獻,這種方法先後傳到俄國、日本、朝鮮、土耳其及英國,1798年英國醫生琴納(Jenner)提出用牛痘預防天花。微生物學作為一門學科,是從有顯微鏡開始的,微生物學發展經歷了三個時期:形態學時期、生理學時期和現代微生物學的發展。 形態學時期 微生物微生物的形態觀察是從安東·列文虎克(Antony Van Leeuwenhock 1632-1732)發明的顯微鏡開始的,它是真正看見並描述微生物的第一人,他的顯微鏡在當時被認為是最精巧、最優良的單式顯微鏡,他利用能放大50~300倍的顯微鏡,清楚地看見了細菌和原生動物,而且還把觀察結果報告給英國皇家學會,其中有詳細的描述,並配有準確的插圖。1695年,安東·列文虎克把自己積累的大量結果匯集在《安東·列文虎克所發現的自然界秘密》一書里。他的發現和描述首次揭示了一個嶄新的生物世界——微生物世界。這在微生物學的發展史上具有劃時代的意義。
⑵ 、舉例說明微生物為人類做的貢獻有哪些
醫學:胰島素通過大腸桿菌批量生產,生活:酒醋的釀造
⑶ 哪些生物對人類貢獻最大
我覺得做出最大貢獻的生物就是微生物。微生物是一切肉眼看不見或看不清的微小生物,個體微小,結構簡單,通常要用顯微鏡才能看清楚的生物,統稱為微生物。微生物包括原核類、真核類和非細胞類。病毒是一類由核酸和蛋白質等少數幾種成分組成的「非細胞生物」,但是它的生存必須依賴於活細胞。根據存在的不同環境分為原核微生物、空間微生物、真菌微生物、酵母微生物、海洋微生物等。
5. 微生物可以指示和監控環境,如:北京奧運會的自來水生物監測,用的就是發光細菌,可以即使對水中的有毒污染報警。
6. 微生物可以生產能源,目前利用微藻制氫和油的研究在國內和國際上如火如荼。
好了,讓我們感謝微生物吧。
⑷ 舉例說一說微生物對人類有哪些幫助和傷害.(兩個以上
幫助:
1、微生物產生抗菌素,幫助人類對抗疾病。
2、利用微生物,人們生產出了許多產品。如各種酒類、醬油、醋、腐乳、。。
3、微生物是生態系統最基礎的一環,沒有微生物,地球生態系統將崩潰。
傷害:
1、微生物感染會使人類患上多種疾病,威脅人類生存。
2、許多微生物能產生有毒有害物質,造成農業減產、動物死亡等。
⑸ 微生物對人類的作用
微生物的作用:
1、微生物能夠致病,能夠造成食品、布匹、皮革等發霉腐爛,但微生物也有有益的一面。最早是弗萊明從青黴菌抑制其它細菌的生長中發現了青黴素,這對醫葯界來講是一個劃時代的發現。後來大量的抗生素從放線菌等的代謝產物中篩選出來。抗生素的使用在二戰中挽救了無數人的生命。
2、微生物間的相互作用機制也相當奧妙。例如健康人腸道中即有大量細菌存在,稱為正常菌群,其中包含的細菌種類高達上百種。在腸道環境中這些細菌相互依存,互惠共生。食物、有毒物質甚至葯物的分解與吸收,菌群在這些過程中發揮的作用,以及細菌之間的相互作用機制還不明了。
3、微生物對人類最重要的影響之一是導致傳染病的流行。在人類疾病中有50%是由病毒引起。微生物導致人類疾病的歷史,也就是人類與之不斷斗爭的歷史。在疾病的預防和治療方面,人類取得了長足的進展,但是新現和再現的微生物感染還是不斷發生。
(5)微生物對人類有哪些貢獻擴展閱讀:
微生物能夠分解纖維素等物質,並促進資源的再生利用。對這些微生物開展的基因組研究,在深入了解特殊代謝過程的遺傳背景的前提下,有選擇性地加以利用。
例如找到不同污染物降解的關鍵基因,將其在某一菌株中組合,構建高效能的基因工程菌株,一菌多用,可同時降解不同的環境污染物質,極大發揮其改善環境、排除污染的潛力。
⑹ 微生物對人類未來生活有什麼重要發展
當我們正在跨進新世紀的時刻,現實已經證實了科學家幾十年前的預言:21世紀將是生物學的世紀。生物技術的飛速發展,使人類已經從簡單地利用生物功能的階段邁向全面、能動地改造生物和按人類的意願人工構建自然界不存在的生物的時代。當前,生命科學和信息科學、材料科學等前沿科學一起,成為新技術革命的重要理論基礎。生物技術已經應用在工業、農業、國防、環境保護、醫葯保健等許多領域,成果日新月異,甚至各種服務性行業也因為被生物技術的應用而引起深刻的革命性變化。
生物技術涉及自然科學許多學科,但是,到目前為止,它幾乎都離不開結構最簡單,繁殖最迅速,功能最多樣的微生物。有的是用微生物個體的全部或一部分做材料;有的是直接應用天然微生物的某種功能;有的是通過遺傳工程的手段建造出人工的微生物;還有的是採用了長期積累的應用微生物的技術和經驗。由此可見。微生物與人類關系多麼密切。
發展農業,增加食物,是人類長期面臨的重要問題。人口的迅速增長和地區發展的不平衡,使人類一刻也不能忘記飢餓的威脅。糧食問題,一方面提高產量和質量,一方面是對農產品的深加工。這兩方面,微生物都可以發揮巨大的作用。我們知道,只有肥田沃土才能長出好莊稼,但是,目前全世界沒有被開墾的可耕地已經不多了,於是,人們把改造鹽鹼地和乾旱地作為擴大耕地的重要途徑。通過基因工程,我們有可能把某些耐鹽鹼或抗乾旱細菌的基因轉移到農作物中,使這些農作物能夠在鹽鹼地或缺水的地區生長,並能優質高產。莊稼一枝花,全靠肥當家。雖然,為製造化學肥料,我們每年耗費巨大的資金、人力和能源,但還是供不應求。因此,數十年前人們就開始人工培養固氮菌或根瘤菌作為細菌肥料,可是這些細菌的培養並不容易,大量生產有困難。於是有人把固氮菌的固氮基因轉移到容易培養而又生長極快的大腸桿菌中,使大腸桿菌也能固氮,這樣給土壤提供氮肥就比較容易了。另外,磷細菌、鉀細菌也已經在田間使用。防治農作物的病蟲害,也是農業增產的重要措施。前面介紹的蘇芸金桿菌,是人工生產的生物農葯,它能殺死多種危害農作物和森林的害蟲,我國的科學家已經把蘇芸金桿菌中掌管殺蟲功能的基因轉移到水稻等農作物中,使莊稼自身具備了抵抗這些害蟲危害的性能。盡管推廣這些新品種的農作物還可能遇到各種困難,但這確實是一條解決糧食危機的誘人途徑。在不久的將來,我們能夠培育出既不用施肥,又耐乾旱和鹽鹼,也能抗蟲害的農作物。那麼,首先要感謝微生物的貢獻。許多微生物學家當前還在研究幫助農作物抵抗霜凍的細菌。
有了糧食,以它為原料加工成各種食品或用品,處理各種加工過程中的副產品和把廢物變成有用之物,微生物同樣大有用武之地。用糧食為原料,利用微生物生產出了數以千計的人類當代生活的必需產品,例如葡萄糖、氨基酸、有機酸、酒精、維生素等等。在不久的將來,微生物不僅可以為人類生產出更多樣的產品,還可以大大提高利用原料的效率。就拿生產酒精來說吧,目前我們用糧食生產酒精,必須先用微生物,如黴菌和細菌,或它們產生的酶使糧食中的澱粉分解成葡萄糖,再用另一類微生物,酵母菌把葡萄糖轉化成酒精。現在已經有人成功地把這兩類微生物的功能組合在一種微生物的細胞里,這就能使酒精生產過程大大簡化。在21世紀初,酒精生產將變得更加方便,原料也更加節約了。甚至還有人在試驗把控制纖維素酶的基因,通過基因工程的方法轉移到酵母菌中,這樣,本來不能轉化成酒精的纖維素也可以作為生產酒精的原料了。這項試驗一旦成功,我們便可以用糧食生產的廢料,如稻草、玉米秸和各種農作物的秸稈,甚至野草、木屑來生產酒精。酒精的價格將大幅度下降,就可以用酒精代替汽油作為能源了。
微生物產生的酶已經製成多種產品,廣泛用於人們的生活和生產中。例如用於製造葡萄糖的糖化酶,加在洗衣粉中的蛋白酶和脂肪酶,目前市場上開始嶄露頭角的雙歧桿菌增殖因子或其他低熱值的甜味劑,就是用酶分解澱粉或其他糖類原料生產的。由於微生物容易培養,能夠在短時間內獲得大量細胞,所以人們一直把微生物作為酶的主要來源,尤其是現在可以用基因工程的方法把其他生物中的酶轉移到微生物中,這就更提高了微生物在酶的應用上的價值。
微生物曾經因為引起多種致人死亡的傳染病而使人談虎色變,而今天,絕大部分傳染病得到了控制。控制傳染病的一個重要手段,就是用微生物生產葯物,抗生素中的青黴素已經家喻戶曉。微生物還能生產降低膽固醇,治療癌症的葯物。在器官移植中,同樣也要用微生物產生的環孢菌素來抑制機體的排斥反應。至於用生物技術生產的疫苗、干擾素、調節素等,都離不開微生物和微生物學的原理和技術。在不久前,全世界消滅了天花病,脊髓灰質炎也將與20世紀一起成為歷史。可以肯定,在21世紀,人類將會用微生物來根除目前還比較猖撅的多種疾病。
除了直接利用生產產品外,傳統的發酵工程技術也有了更為廣泛的用途。例如許多名貴的香料,本來只能從稀有的植物或動物的某一部分提取,所得甚少。現在我們可以借鑒培養微生物的經驗,把那些產生香料的細胞分離出來進行大量培養。這樣,香料的成本就將大大降低。用類似的方法,也可以生產某些貴重中葯材。
在未來人類生活中,微生物的貢獻將遠不止上述諸方面。在重工業領域,微生物將被廣泛地用來提煉貴重金屬,使煤炭脫去因燃燒而污染大氣的硫化物、提高石油的開采效率;在環境保護領域,許多有害工業廢物將由微生物來去毒,以至於化害為利,將廢物轉變成有用產品,甚至,還可以用微生物代替化學葯劑用於人工降雨或製造人造雪。公安部門已經利用細菌來防盜和破案。
總之,由於微生物在許多方面表現出了優越功能,全世界在發展生物技術的規劃中,都特別重視微生物資源的開發研究。
我國生態環境的多樣性在國際上罕見,因此微生物資源非常豐富。幾千年來,我國各族人民有著十分高超的利用微生物的技術,數以百計的傳統發酵產品在全世界享有盛譽。建國以來的近半個世紀中,我國的微生物產業體系已經形成,在生物技術業中佔有重要的地位,是發展我國生物技術的重要支柱。微生物產業在國民總產值中佔有1/100以上的份額,在祖國實現現代化和人民生活實現小康的過程中有著不容忽視的地位。而且,在微生物產業中,現代產業與傳統產業的比例正在提高,有的產品的產量和質量雄居國際領先水平,不少產品達到或接近國際先進水平。我國的微生物學工作者已經形成了一支專業齊全、有相當數量和實力的隊伍。這是我國應用微生物為人類作貢獻的基礎。有這樣的條件,我們有信心在不久的將來使微生物產業在我國生物技術發展中發揮更重要的作用,為經濟繁榮和人民生活的改善作出更大貢獻。
綜觀全局,無論從解決全人類面臨的糧食、能源、保健和環境保護等重大生存問題,還是我國經濟發展來說微生物的應用和微生物學的研究都具有重要的意義,微生物學將在新世紀中繼續處於科學前沿的地位。
⑺ 微生物有什麼作用
微生物是一種通稱,它包括了所有形狀微小、結構簡單的低等生物。一提到微生物,有些人就會皺起眉頭,感到憎惡。因為他們想到的是微生物帶來了人類的疾病,帶來了植物的病害和食物的變質。其實,這種感情是不太公正的。對人類而言,大多數微生物有益無害的,會造成損害的微生物只是少數。就總體來說,微生物是功大於過的,而且是功遠遠大於過。近年來迅速崛起的發酵工程,正是這些微生物在忙忙碌碌,工作不息,甚至不惜粉身碎骨,才使得五光十色的產品能一一面世。從「樂百氏奶」等乳酸菌飲料,到比黃金還貴的干擾毒等葯品,都是微生物對人類的無私奉獻。
微生物在發酵過程里充當著生產者的角色,這與它的特性是分不開的。它們具有孫悟空式的生存本領、豬八戒式的好胃口,還組成了天下第一的「超生游擊隊」。孫悟空是怎麼折騰也不會死的英雄。微生物的生存本領也好生了得。它們對周圍環境的溫度、壓強、酸鹼度、干濕條件都有極強的適應力,在10千米深的海底,人會被壓成一張紙,而有些細菌仍逍遙自在地生活。在零下250℃的超低溫下,有些微生物仍不死去,只是處於「冬眠」狀態而已。如果條件適宜,微生物會不斷繁衍生長,從沒有見過它們自行死亡。而這幫不死的小傢伙還極為貪吃,甚至飢不擇食。好吃的食品自不必說,連石油、塑料、金屬氧化物、工業垃圾和DDT、砒霜等毒葯,都會成為某些微生物競相吞吃的美味。吃得多,長得快,繁殖速度自然十分驚人。如果一個大腸桿菌能順利無阻地繁殖,兩天後其重量等於地球重量的4倍!正是微生物的這些特點使它們成為發酵工程中的主將和功臣。發酵罐是微生物在發酵過程中生長、繁殖和形成產品的外部環境裝置。它取代了傳統的發酵容器——形形色色的培養瓶、醬缸和酒窖。與傳統的容器相比,發酵罐最明顯的優勢在於:它能進行嚴格的滅菌,能使空氣按需要流通,從而提供良好的發酵環境;它能實施攪拌、震盪以促進微生物生長;它能對溫度、壓力、空氣流量實行自動控制;它能通過各種生物感測器測定發酵罐內菌體濃度、營養成分、產品濃度等,並用電腦隨時調節發酵進程。所以,發酵罐能實現大規模連續生產,最大限度地利用原料和設備,獲得高產量和高效率。這樣,人們就可以充分利用發酵方法來生產所需的食品或其他產品。可以簡單地說,發酵工程就是通過研究改造發酵作用的菌種,並應用現代技術手段控制發酵過程來大規模工業化地生產發酵產品。
蛋白質是構成人體組織的主要材料,而又是地球上十分缺乏的食品。用發酵工程來大量快速地生產單細胞蛋白,就補充了自然產品的不足。因為在發酵罐內,每一個微生物就是一座蛋白質合成工廠。每一個微生物體重的50~70%都是蛋白質。這樣人們就可以利用許多「廢料」,來生產高質量的食品。所以,生產單細胞蛋白是發酵工程對人類的傑出貢獻之一。
此外,發酵工程還可以製造人體不可缺少的賴氨酸以及許多種醫葯產品。我們常用的抗菌素幾乎都是發酵工程的產品。
發酵工程不僅生產食品和葯品,還是解決能源危機的有力武器。石油、煤、天然氣這些傳統能源終將消耗殆盡,人類怎樣才能繼續生活下去,科學家們為此耗盡心血。20世紀80年代,人們終於看到了希望:一方面是核能、風能、太陽能利用取得巨大進展;另一方面,發酵工程的出現,可使地球上每年生產的大量纖維物質——稻草、麥桿、玉米秸、灌木、乾草、樹葉等等,經「發酵工程」轉化,成為人類新能源。
在開發生物新能源的同時,發酵工程還可以完成另一個重要使命,即處理廢物,凈化環境,減少以至基本消除環境污染。
總之,現代發酵工程能夠幫助人們製造食品,製造葯品,開發能源,凈化環境。古老的生物發酵法,一旦用現代高科技方法加以改進,就千百倍地提高了生產效率,使老技術煥發了青春,為人類做出了巨大貢獻。
⑻ 微生物對人類有哪些幫助和危害
一些菌類(例如酵母菌,乳酸菌)是人類生活的幫手,可以幫助人們獲得許多新的食物和葯品;有些病毒也是人類的恩人,一些病毒有極強的抗菌性和殺菌的作用,可以用來做殺菌。但有極少數的細菌、真菌、病毒是對人類有害的,例如艾滋病毒,乙肝病毒,大腸桿菌等都是人類的致病微生物。
⑼ 微生物有什麼作用
微生物對人類最重要的影響之一是導致傳染病的流行。在人類疾病中有49.877%是由病毒引起。世界衛生組織公布資料顯示:傳染病的發病率和病死率在所有疾病中占據第一位。微生物導致人類疾病微生物的歷史,也就是人類與之不斷斗爭的歷史。在疾病的預防和治療方面,人類取得了長足的進展,但是新現和再現的微生物感染還是不斷發生,像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治療葯物。一些疾病的致病機制並不清楚。大量的廣譜抗生素的濫用造成了強大的選擇壓力,使許多菌株發生變異,導致耐葯性的產生,人類健康受到新的威脅。一些分節段的病毒之間可以通過重組或重配發生變異,最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都與前次導致感染的株型發生了變異,這種快速的變異給疫苗的設計和治療造成了很大的障礙。而耐葯性結核桿菌的出現使原本已近控制住的結核感染又在世界范圍內猖獗起來。微生物千姿百態,有些是腐敗性的,即引起食品氣味和組織結構發生不良變化。當然有些微生物是有益的,它們可用來生產如乳酪,麵包,泡菜,啤酒和葡萄酒。 微生物非常小,必須通過顯微鏡放大約1000倍才能看到。比如中等大小的細菌,1000個疊加在一起只有句號那麼大。想像一下一滴牛奶,每毫升腐敗的牛奶中約有5千萬個細菌,或者講每誇脫牛奶中細菌總數約為50億。也就是一升牛奶中可有含有50億個細菌。微生物能夠致病,能夠造成食品、布匹、皮革等發霉腐爛,但微生物也有有益的一面。最早是弗萊明從青黴菌抑制其它細菌的生長中發現了青黴素,這對醫葯界來講是一個劃時代的發現。後來大量的抗生素從放線菌等的代謝產物中篩選出來。抗生素的使用在第二次世界大戰中挽救了無數人的生命。
一些微生物被廣泛應用於工業發酵,生產乙醇、食品及各種酶制劑等;一部分微生物能夠降解塑料、處理廢水廢氣等等,並且可再生資源的潛力極大,稱為環保微生物;還有一些能在極端環境中生存的微生物,例如:高溫、低溫、高鹽、高鹼以及高輻射等普通生命體不能生存的環境,依然存在著一部分微生物等等。看上去,我們發現的微生物已經很多,但實際上由於培養方式等技術手段的限制,人類現今發現的微生物還只佔自然界中存在的微生物的很少一部分。微生物因為微生物很小,構造又簡單,所以人們充分認識它,並發展成為一門學科,與其他學科比起來,還是很晚的。盡管如此,人們已經在廣泛的應用微生物了。我國勞動人民很早就認識到微生物的存在和作用,也是最早應用微生物的少數國家之一。據考古學推測,我國在8000年前已經出現了曲櫱釀酒了,4000多年前我國釀酒已十分普遍,而且當時埃及人也已學會烤制麵包和釀制果酒。 2500年前中國人民發明釀醬、醋,知道用曲治療消化道疾病。公元6世紀(北魏時期),我國賈思勰的巨著《齊民要術》詳細地記載了制曲、釀酒、制醬和釀醋等工藝。在農業上,雖然還不知道根瘤菌的固氮作用,但已經在利用豆科植物輪作提高土壤肥力。這些事實說明,盡管人們還不知道微生物的存在,但是已經在同微生物打交道了,在應用有益微生物的同時,還對有害微生物進行預防和治療。為防止食物變質,採用鹽漬、糖漬、乾燥、酸化等方法。在我國隆慶年間就開始用人痘預防天花。人痘預防天花是我國對世界醫學上的一大貢獻,這種方法先後傳到俄國、日本、朝鮮、土耳其及英國,1798年英國醫生琴納(Jenner)提出用牛痘預防天花。微生物學作為一門學科,是從有顯微鏡開始的,微生物學發展經歷了三個時期:形態學時期、生理學時期和現代微生物學的發展。形態學時期微生物的形態觀察是從安東·列文虎克(Antony Van Leeuwenhock 1632-1732)發明的顯微鏡開始的,它是真正看見並描述微生物的第一人,他的顯微鏡在當時被認為是最精巧、最優良的單式顯微鏡,他利用能放大50~300倍的顯微鏡,清楚地看見了細菌和原生動物,而且還把觀察結果報告給英國皇家學會,其中有詳細的描述,並配有準確的插圖。1695年,安東·列文虎克把自己積累的大量結果匯集在《安東·列文虎克所發現的自然界秘密》一書里。他的發現和描述首次揭示了一個嶄新的生物世界——微生物世界。這在微生物學的發展史上具有劃時代的意義。
繼列文虎克發現微生物世界以後的200年間,微生物學的研究基本上停留在形態描述和分門別類階段。直到19世紀中期,以法國的巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)和德國的柯赫(Robert Koch,1843-1910)為代表的科學家才將微生物的研究從形態描述推進到生理學研究階段,揭露了微生物是造成腐敗發酵和人畜疾病的原因,並建立了分離、培養、接種和滅菌等一系列獨特的微生物技術。從而奠定了微生物學的基礎,同時開辟了醫學和工業微生物等分支學科。巴斯德和柯赫是微生物學的奠基人。
微生物巴斯德原是化學家,曾在化學上做出過重要的貢獻,後來轉向微生物學研究領域,為微生物學的建立和發展做出了卓越的貢獻。主要集中在下列三個方面:① 徹底否定
了「自然發生」學說。「自生說」是一個古老學說,認為一切生物是自然發生的。到了17世紀,雖然由於研究植物和動物的生長發育和生活循環,是「自生說」逐漸消弱,但是由於技術問題,如何證實微生物不是自然發生的仍是一個難題,這不僅是「自生說」的一個頑固陣地,同時也是人們正確認識微生物生命活動的一大屏障。巴斯德在前人工作的基礎上,進行了許多試驗,其中著名的曲頸瓶試驗無可辯駁地證實,空氣內確實含有微生物,他們引起有機質的腐敗。巴斯德自製了一個具有細長而彎曲的頸的玻瓶,其中盛有有機物水浸液,經加熱滅菌後,瓶內可一直保持無菌狀態,有機物不發生腐敗,一旦將瓶頸打斷,瓶內浸液中才有了微生物,有機質發生腐敗。巴斯德的試驗徹底否定了「自生說」,並從此建立了病原學說,推動了微生物學的發展。 ② 免疫學——預防接種。Jenner雖然早在1798年發明了種痘法可預防天花,但卻不了解這個免疫過程的基本機制,因此,這個發現沒能獲得繼續發展。1877年,巴斯德研究了雞霍亂,發現將病原菌減毒可誘發免疫性,以預防雞霍亂病。其後它又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病,並首次製成狂犬疫苗,證實其免疫學說,為人類防病、治病做出了重大貢獻。 ③ 證實發酵是由微生物引起的。究竟發酵是一個由微生物引起的生物過程還是一個純粹的化學反應過程,曾是化學家和微生物學家激烈爭論的問題。巴斯德在否定「自生說」的基礎上,認為一切發酵作用都可能與微生物的生長繁殖有關。經不斷地努力,巴斯德終於分離到了許多引起發酵的微生物,並證實酒精發酵是由酵母菌引起的。還研究了氧氣對酵母菌的發育和酒精發酵的影響。此外,巴斯德還發現乳酸發酵、醋酸發酵和丁酸發酵都是不同細菌所引起的。為進一步研究微生物的生理生化奠定了基礎。 ④ 其它貢獻。一直沿用至今天的巴斯德消毒法(60~65℃作短時間加熱處理,殺死有害微生物的一種消毒法)和家蠶軟化病問題的解決也是巴斯德的重要貢獻,它不僅在實踐上解決了當時法國酒變質和家蠶軟化病的實際問題,而且也推動了微生物病原學說的發展,並深刻影響醫學的發展。
柯赫是著名的細菌學家,由於他曾經是一名醫生,因此對病原細菌的研究做出了突出的貢獻:①具體證實了炭疽病菌是炭疽病的病原菌;②發現了肺結核病的病原菌,這是當時死亡率極高的傳染性疾病,因此柯赫獲得了諾貝爾獎;③提出了證明某種微生物是否為某種疾病病原體的基本原則——柯赫原則:首先在患病肌體里存在著一種特定的病原菌,並可以從該肌體里分離得到純培養;然後用得到的純培養接種敏感動物,表現出特有的性狀;最後從被感染的敏感動物中又一次獲得與原病原菌相同的純培養。由於柯赫在病原菌研究方面的開創性工作,自19世紀70年代至20世紀20年代成了發現病原菌的黃金時代,所發現的各種病原微生物不下百餘種,其中還包括植物病原菌。柯赫除了在病原菌方面的偉大成就外,在微生物基本操作技術方面的貢獻更是為微生物學的發展奠定了技術基礎,這些技術包括:①用固體培養基分離純化微生物的技術,這是進行微生物學研究的基本前提,這項技術一直沿用至今;②配製培養基,也是當今微生物研究的基本技術之一。這兩項技術不僅是具有微生物研究特色的重要技術,而且也為當今動植物細胞的培養做出了十分重要的貢獻。巴斯德和柯赫的傑出工作,使微生物學作為一門獨立的學科開始形成,並出現以他們為代表而建立的各分支學科,例如細菌學(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技術(J. Lister),免疫學(巴斯德、Metchnikoff、Behring、Ehrlich等)、土壤微生物學(Beijernck Winogradsky 等)、病毒學(Ivanowsky、Beijerinck等)、植物病理學和真菌學(Bary、Berkeley等)、釀造學(Hensen、Jorgensen 等)以及化學治療法(Ehrlish 等)。微生物學的研究內容日趨豐富,使微生物學發展更加迅速。
微生物20世紀上半葉微生物學事業欣欣向榮,微生物學沿著兩個方向發展,即應用微生物學和基礎微生物學。在應用方面,對人類疾病和軀體防禦機能的研究,促進了醫學微生物學和免疫學的發展。青黴素的發現(Fleming,1929)和瓦克斯曼(Waksman)對土壤中放線菌的研究成果導致了抗生素科學的出現,這是工業微生物學的一個重要領域。 環境微生物學在土壤微生物學研究的基礎上發展起來。微生物在農業中的應用使農業微生物學和獸醫微生物學等也成為重要的應用學科。應用成果不斷涌現,促進了基礎研究的深入,於是細菌和其它微生物的分類系統在20世紀中葉出現了,對細胞化學結構和酶及其功能的研究發展了微生物生理學和生物化學,微生物遺傳和變異的研究導致了微生物遺傳學的誕生。微生物生態學在20世紀60年代也形成了一個獨立學科。20世紀80年代以來,在分子水平上對微生物研究迅速發展,分子微生物學應運而生。在短短的時間內取得了一系列進展,並出現了一些新的概念,較突出的有,生物多樣性、進化、三原界學說;細菌染色體結構和全基因組測序;細菌基因表達的整體調控和對環境變化的適應機制;細菌的發育及其分子機理;細菌細胞之間和細菌同動植物之間的信號傳遞;分子技術在微生物原位研究中的應用。經歷約150年成長起來的微生物學,在21世紀將為統一生物學的重要內容而繼續向前發展,其中兩個活躍的前沿領域將是分子微生物遺傳學和分子微生物生態學。 微生物產業在21世紀將呈現全新的局面。微生物從發現到現在短短的300年間,特別是20世紀中葉,已在人類的生活和生產實踐中得到廣泛的應用,並形成了繼動、植物兩大生物產業後的第三大產業。這是以微生物的代謝產物和菌體本身為生產對象的生物產業,所用的微生物主要是從自然界篩選或選育的自然菌種。21世紀,微生物產業除了更廣泛的利用和挖掘不同生境(包括極端環境)的自然資源微生物外,基因工程菌將形成一批強大的工業生產菌,生產外源基因表達的產物,特別是葯物的生產將出現前所未有的新局面,結合基因組學在葯物設計上的新策略將出現以核酸(DNA或RNA)為靶標的新葯物(如反義寡核苷酸、肽核酸、DNA疫苗等)的大量生產,人類將完全征服癌症、艾滋病以及其他疾病。此外,微生物工業將生產各種各樣的新產品,例如降解性塑料、DNA晶元、生物能源等,在21世紀將出現一批嶄新的微生物工業,為全世界的經濟和社會發展做出更大貢獻。
中國是具有5000年文明史的古國,中國勞動人民對微生物的認識和利用是最早的幾個國家之一。特別是在制酒、醬油、醋等微生物產品以及用種痘、麥曲等進行防病治療等方面具有卓越的貢獻。但微生物作為一門科學進行研究,中國起步較晚。中國學者開始從事微生物學研究在20世紀之初,那時一批到西方留學的中國科學家開始較系統的介紹微生物知識,從事微生物學研究。1910-1921年微生物間伍連德用近代微生物學知識對鼠疫和霍亂病原的探索和防治,在中國最早建立起衛生防疫機構,培養了第一支預防鼠疫的專業隊伍,在當時這項工作居於國際先進地位。20世紀20-30年代,中國學者開始對醫學微生物學有了較多的試驗研究,其中湯飛凡等在醫學細菌學、病毒學和免疫學等方面的某些領域做出過較高水平的成績,例如沙眼病原體的分離和確認是具有國際領先水平的開創性工作。 20世紀30年代開始在高校設立釀造科目和農產品製造系,以釀造為主要課程,創建了一批與應用微生物學有關的研究機構,魏岩壽等在工業微生物方面做出了開拓性工作。戴芳瀾和俞大紱等是中國真菌學和植物病理學的奠基人;陳華癸和張憲武等對根瘤菌固氮作用的研究開創了中國農業微生物學;高尚蔭創建了中國病毒學的基礎理論研究和第一個微生物學專業。但總的來說,在新中國成立之前,我國微生物學的力量較弱且分散,未形成中國自己的隊伍和研究體系,也沒有中國自己的現代微生物工業。微生物新中國成立以後,微生物學在中國有了劃時代的發展,一批主要進行微生物學研究的單位建立起來了,一些重點大學創設了微生物學專業,培養了一大批微生物學人才。
現代化的發酵工業、抗生素工業、生物農葯和菌肥工作已經形成一定的規模,特別是改革開放以來,中國微生物學無論在應用和基礎理論研究方面都取得了重要的成果,例如中國抗生素的總產量已躍居世界首位,中國的兩步法生產維生素C的技術居世界先進水平。近年來,中國學者瞄準世界微生物學科發展前沿,進行微生物基因組學的研究,現已完成痘苗病毒天壇株的全基因組測序,最近又對中國的辛德畢斯毒株(變異株)進行了全基因組測序。1999年又啟動了從中國雲南省騰沖地區熱海沸泉中分離得到的泉生熱袍菌全基因組測序,目前取得可喜進展。中國微生物學進入了一個全面發展的新時期。但從總體來說,中國的微生物學發展水平除個別領域或研究課題達到國際先進水平,為國外同行承認外,絕大多數領域與國外先進水平相比,尚有相當大的差距。因此如何發揮中國傳統應用微生物技術的優勢,緊跟國際發展前沿,趕超世界先進水平,還需作出艱苦的努力。
健康人腸道中即有大量細菌存在,稱正常菌群,其中包含的細菌種類高達上百種。在腸道環境中這些細菌相互依存,互惠共生。食物、有毒物質甚至葯物的分解與吸收,菌群在這些過程中發揮的作用,以及細菌之間的相互作用機制還不明了。一旦菌群失調,就會引起腹瀉。隨著醫學研究進入分子水平,人們對基因、遺傳物質等專業術語也日漸熟悉。人們認識到,是遺傳信息決定了生物體具有的生命特徵,包括外部形態以及從事的生命活動等等,而生物體的基因組正是這些遺傳信息的攜帶者。因此闡明生物體基因組攜帶的遺傳信息,將大大有助於揭示生命的起源和奧秘。
在分子水平上研究微生物病原體的變異規律、毒力和致病性,對於傳統微生物學來說是一場革命。微生物以人類基因組計劃為代表的生物體基因組研究成為整個生命科學研究的前沿,而微生物基因組,研究又是其中的重要分支。世界權威性雜志《科學》曾將微生物基因組研究評為世界重大科學進展之一。通過基因組研究揭示微生物的遺傳機制,發現重要的功能基因並在此基礎上發展疫苗,開發新型抗病毒、抗細菌、真菌葯物,將對有效地控制新老傳染病的流行,促進醫療健康事業的迅速發展和壯大! 從分子水平上對微生物進行基因組研究為探索微生物個體以及群體間作用的奧秘提供了新的線索和思路。 為了充分開發微生物(特別是細菌)資源,1994年美國發起了微生物基因組研究計劃(MGP)。通過研究完整的基因組信息開發和利用微生物重要的功能基因,不僅能夠加深對微生物的致病機制、重要代謝和調控機制的認識,更能在此基礎上發展一系列與我們的生活密切相關的基因工程產品,包括:接種用的疫苗、治療用的新葯、診斷試劑和應用於工農業生產的各種酶制劑等等。通過基因工程方法的改造,促進新型菌株的構建和傳統菌株的改造,全面促進微生物工業時代的來臨。工業微生物涉及食品、制葯、冶金、采礦、石油、皮革、輕化工等多種行業。通過微生物發酵途徑生產抗生素、丁醇、維生素C以及一些風味食品的制備等;某些特殊微生物酶參與皮革脫毛、冶金、採油采礦等生產過程,甚至直接作為洗衣粉等的添加劑;另外還有一些微生物的代謝產物可以作為天然的微生物殺蟲劑廣泛應用於農業生產。通過對枯草芽孢桿菌的基因組研究,發現了一系列與抗生素及重要工業用酶的產生相關的基因。乳酸桿菌作為一種重要的微生態調節劑參與食品發酵過程。
⑽ 微生物學對人類產生哪些影響
微生物與人類關系密切,不過這些形形色色的微生物對我們人類的生活和健康究竟會產生怎樣的影響呢?
人體的消化道里就「住著」大腸桿菌,它是來幫助我們消化的。而我們平時吃的美味爽口的菇類,就屬於真菌類。其實有很多微生物的代謝產物也可以提供給人類作為治療葯物,如青黴素,紅黴素等都是它們的產物。
可見,在生物進化的過程中,微生物與人體保持著一種生態平衡。有些微生物已經與人體形成一種相互依賴、互惠互利的生態平衡狀態。這稱作正常菌群,它對宿主有益無害。人一生下來就與周圍富含微生物的自然環境密切接觸,因而人體的體表皮膚與口腔、。上呼吸道、 腸道、泌尿生殖道等黏膜以及腔道寄居著不同種類和數量的微生物。它們有營養作用、免疫作用、生物拮抗作用、抗衰老作用以及其他的作用。
如果沒有這些真菌和細菌,特別是人們常說的腐生細菌,那麼這些不能消化的物質就會不斷堆積,長此以往,地球就會被動植物的屍體垃圾占據。到了那個時候,人類和其他生物又到哪裡去生存呢?在工業上,利用微生物提高採油技術,可以大大降低原油的黏度,增加原油的流動性,從而大大提高原油的採收率。一些國家還將光合菌,乳酸菌、酵母菌等功能各異的80多種微生物組成一種活菌制劑,這種活菌制劑在一個統一體中互相促進,共同構成了一個復雜而穩定的具有多元功能的微生態系統,可抑制有害微生物。尤其是病原菌和腐敗細菌的活動,為動植物生長提供了有力的保障。
微生物給人類生活帶來了巨大的利益,大量事實證明,這些利益正發揮著重大作用,而且具有廣闊的前景。隨著社會的發展,微生物對人類的貢獻將會越來越大。我們要做的就是合理地利用這些微生物,讓它們各司其職,發揮更大的作用,與人類共同維護生態平衡。